2018～2021年光刻机行业深度研究报告.docxVIP

２０１８年光刻机行业深度研究报告 目录 目录 一、光刻是芯片生产流程中最复杂、最关键的步骤 4 （一）光刻是 IC 制造中的关键环节，耗时长，成本高 4 （二）光刻工艺流程详解 4 二、光刻机：半导体制造业皇冠上的明珠 9 （一）光刻机原理与内部结构 9 （二）光刻机的发展本质是为了满足更高性能、更低成本芯片的生产需求 10 （三）光刻机发展史：光源改进 +工艺创新推动光刻机更新换代 11 三、 ASML ：全球光刻机绝对龙头 15 （一） 17 年业绩大幅增长， EUV 光刻机高价值 +充足订单保障成长动力 15 （二） ASML 的龙头之路：开放式创新模式下时代的必然选择 18 四、上海微电子：国产光刻机的希望 19 五、风险提示 21 图表目录 图表目录 图表 1 IC 芯片制造核心工艺主要设备全景图 4 图表 2 在硅片表面构建半导体器件的过程 5 图表 3 正性光刻与负性光刻对比 6 图表 4 旋转涂胶步骤 7 图表 5 涂胶设备 7 图表 6 光刻原理图 7 图表 7 显影过程示意图 7 图表 8 干法（物理） 、湿法（化学）刻蚀原理示意图 8 图表 9 光刻机工作原理图 10 图表 10 晶体管内部结构图 11 图表 11 按所用光源，光刻机经历了五代产品的发展 12 图表 12 步进式投影示意图 12 图表 13 双工作台光刻机系统样机 13 图表 14 浸没式光刻机原理 14 图表 15 ASML TWINSCAN NXE:3350B 型 号 EUV 光 刻机 15 图表 16 ASML 产品变迁史 16 图表 17 ASML 营业收入（亿欧元） 16 图表 18 ASML 净利润（亿欧元） 16 图表 19 ASML 下游客户结构（单位：亿欧元） 17 图表 20 ASML 客户地区分布 17 图表 21 ASML 设备产品结构 17 图表 22 2017ASML 各类光刻机销售量 17 图表 23 ASML 成立初期面临的困境 18 图表 24 1995-2016 年 ASML 研 发 支出 19 图表 25 ASML 、Nicon 和 Canon 研发占比 19 图表 26 上海微电子主要设备产品 20 一、光刻是芯片生产流程中最复杂、最关键的步骤 （一）光刻是 IC 制造中的关键环节，耗时长，成本高 半导体芯片生产主要分为 IC 设计、 IC 制造、 IC 封测三大环节 。IC 设计主要根据芯片的设计目的进行逻辑设计和规则制定， 并根据设计图制作掩模以供后续光刻步骤使用。 IC 制造实现芯片电路图从掩模上转移至硅片上， 并实现预定的芯片功能， 包括光刻、 刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械研磨等步骤。 IC 封测完成对芯片的封装和性能、功能测试，是产品交付 前的最后工序。 图表 1 IC 芯片制造核心工艺主要设备全景图 资料来源：华创证券整理 光刻是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤，耗时长、成本高 。半导体芯片生产的难点和关键点在于将电路图从掩模上转移至硅片上，这一过程通过光刻来实现，光刻的 工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平。 芯片在生产中需要进行 20-30 次的光刻， 耗时占到 IC 生产环节的 50% 左右，占芯片生产成本的 1/3 。 （二）光刻工艺流程详解 光刻的原理 是在硅片表面覆盖一层具有高度光敏感性光刻胶，再用光线（一般是紫外光、深紫外光、极紫外光）透过掩模照射在硅片表面，被光线照射到的光刻胶会发生反应。此后用特定溶剂洗去被照射 /未被照射的光刻胶，就实现了电路图从掩模到硅片的转移。 光刻完成后对没有光刻胶保护的硅片部分进行刻蚀，最后洗去剩余光刻胶，就实现了半导体 光刻完成后对没有光刻胶保护的硅片部分进行刻蚀，最后洗去剩余光刻胶，就实现了半导体 器件在硅片表面的构建过程。 光刻分为正性光刻和负性光刻两种基本工艺 ，区别在于两者使用的光刻胶的类型不同。 负性光刻使用的光刻胶在曝光后会因为交联而变得不可溶解，并会硬化，不会被溶剂洗掉，从而 该部分硅片不会在后续流程中被腐蚀掉，负性光刻光刻胶上的图形与掩模版上图形相反。 正性光刻与负性光刻相反，曝光部分的光刻胶会被破坏从而被溶剂洗掉，该部分的硅片没有光刻胶保护会被腐蚀掉，正性光刻光刻胶上的图形与掩模版上图形相同。 图表 2 在硅片表面构建半导体器件的过程 资料来源：智能电子集成网，华创证券 图表 图表 3 正性光刻与负性光刻对比 资料来源：智能电子集成网，华创证券 气相成底膜 硅片在清洗、烘培后首先通过浸泡、喷雾或化学气相沉积（ CVD ）等工艺用六甲基二胺烷成底膜，底膜使硅片表面疏离水分子，同时增强对光刻胶的结合力。底膜的本质是作为硅片和 光刻胶的连接剂，与这些材料具有化学相容性。